Константа равновесия Kc: расчёт по формуле с примерами

Представьте, что вы заказали пиццу с другом. Вы оба едите, но часть пиццы остаётся на столе — это равновесие. В химии то же самое: реакция идёт в обе стороны, и в какой-то момент скорости прямой и обратной реакций становятся равны. Константа равновесия Kc — это число, которое показывает, сколько у нас продуктов (съеденной пиццы) по сравнению с реагентами (оставшейся пиццей) в этот момент.

Формально: Kc = (произведение концентраций продуктов в степенях их коэффициентов) / (произведение концентраций реагентов в степенях их коэффициентов). Только не пугайтесь — на примерах всё станет кристально ясно.

Для обратимой реакции: aA + bB ⇌ cC + dD, где заглавные — вещества, строчные — коэффициенты.

Здесь:

• [A], [B], [C], [D] — равновесные концентрации в моль/л;
• a, b, c, d — стехиометрические коэффициенты (показатели степени).

Важно: в формулу подставляются только равновесные концентрации — те, что установились после достижения равновесия, а не начальные. Твёрдые вещества и чистые жидкости не входят в выражение Kc (их концентрация считается постоянной).

Разберём реакцию: A → B. Пусть в сосуд объёмом 1 л поместили 2 моль A, и после равновесия осталось 0,5 моль A. Сколько B образовалось? Решаем шаг за шагом.

1. Шаг 1. Начальные концентрации: [A]₀ = 2 моль/л, [B]₀ = 0.
2. Шаг 2. Изменение: прореагировало A: 2 - 0,5 = 1,5 моль. По уравнению (1:1) образовалось B: 1,5 моль.
3. Шаг 3. Равновесные концентрации: [A] = 0,5 моль/л, [B] = 1,5 моль/л.
4. Шаг 4. Формула для реакции A ⇌ B: Kc = [B] / [A] = 1,5 / 0,5 = 3.

Ответ: Kc = 3. Так как Kc > 1, продуктов больше.

Реакция: 2NO₂ ⇌ N₂O₄. Возьмём литр сосуда, начальные концентрации: [NO₂]₀ = 1 моль/л, [N₂O₄]₀ = 0. После равновесия [NO₂] = 0,4 моль/л. Найдите Kc.

1. Шаг 1. Изменение: прореагировало NO₂: 1 - 0,4 = 0,6 моль/л.
2. Шаг 2. Стехиометрия: из 2 NO₂ образуется 1 N₂O₄, значит образовалось N₂O₄: 0,6/2 = 0,3 моль/л.
3. Шаг 3. Равновесные концентрации: [NO₂] = 0,4 моль/л, [N₂O₄] = 0,3 моль/л.
4. Шаг 4. Формула: Kc = [N₂O₄] / ([NO₂]²) = 0,3 / (0,4²) = 0,3 / 0,16 = 1,875.

Ответ: Kc = 1,875.

Реакция: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. В колбе объёмом 2 л начальные количества: N₂ — 1 моль, H₂ — 3 моль, NH₃ — 0. После равновесия обнаружено 0,5 моль N₂. Найдите Kc.

1. Шаг 1. Концентрации начальные: [N₂]₀ = 1/2 = 0,5 моль/л, [H₂]₀ = 3/2 = 1,5 моль/л, [NH₃]₀ = 0.
2. Шаг 2. Равновесное количество N₂: 0,5 моль, концентрация [N₂] = 0,5/2 = 0,25 моль/л. Изменение N₂: прореагировало 0,5-0,25=0,25 моль/л.
3. Шаг 3. Стехиометрия: на 1 N₂ расходуется 3 H₂ и образуется 2 NH₃. Δ[H₂] = 3*0,25 = 0,75 моль/л, Δ[NH₃] = 2*0,25 = 0,5 моль/л.
4. Шаг 4. Равновесные: [H₂] = 1,5 - 0,75 = 0,75 моль/л, [NH₃] = 0 + 0,5 = 0,5 моль/л.
5. Шаг 5. Формула: Kc = [NH₃]² / ([N₂] * [H₂]³) = (0,5²) / (0,25 * 0,75³) = 0,25 / (0,25 * 0,421875) = 0,25 / 0,10546875 ≈ 2,37.

Подсказка: чтобы не возиться с дробями, используйте Калькулятор константы равновесия Kc — введите данные и получите результат мгновенно.

Ответ: Kc ≈ 2,37.

• Путаница с твёрдыми веществами. Если в реакции есть твёрдое (например, C), его не включают в Kc.
• Использование начальных концентраций вместо равновесных. Kc считается только по равновесным!
• Неправильный порядок. Продукты в числителе, реагенты в знаменателе; путать нельзя.
• Ошибки в степенях. Коэффициент ставится как показатель степени, а не множитель.
• Игнорирование стехиометрии. Если у вас 2A, то в формуле [A]², а не 2[A].

Чтобы избежать ошибок, рекомендую Калькулятор химического равновесия — он умный и всё учтёт.

1. Задача 1. Реакция PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂. Начальная концентрация PCl₅ = 3 моль/л, равновесная [PCl₅] = 1 моль/л. Найдите Kc. Ответ: 2.
2. Задача 2. 2HI ⇌ H₂ + I₂. Равновесные: [HI]=0,2, [H₂]=0,4, [I₂]=0,4 (моль/л). Найдите Kc. Ответ: 4.
3. Задача 3. N₂+O₂ ⇌ 2NO. Начальные концентрации N₂=1, O₂=1 (моль/л). К равновесию образовалось 0,5 моль/л NO. Найдите Kc. Ответ: 0,111.

Решили? Отлично! Если что-то не сошлось — проверьте себя с помощью Калькулятор константы равновесия Kc — он покажет полный расчёт.